＊王建東 周廣清* 孟憲波 單昕 董臣強(qiáng) 王軍

（1.勝利油田分公司油氣勘探管理中心 山東 257000 2.中石化新疆新春石油開發(fā)有限責(zé)任公司 山東 257000）

壓裂液是非常規(guī)油氣開發(fā)增產(chǎn)改造過程中的核心技術(shù)之一，壓裂液對儲層適用性的高低決定了壓裂效果，礦井開采效益[1-3]。目前國內(nèi)外最常用的是水基壓裂液，適用于大多數(shù)油氣層和不同規(guī)模的壓裂改造[4]。但是水基壓裂液會對水敏儲層造成粘土遷移和膨脹，傷害儲層，因此常規(guī)水基壓裂液體系無法滿足特殊儲層的壓裂要求。壓裂過程會傷害儲層，造成裂縫堵塞、封閉，從而導(dǎo)致壓裂失敗[5]。

一般認(rèn)為楊氏模量越大，巖石越不易發(fā)生形變，保持裂縫的效果越好，泊松比越低巖石越易形成裂縫。對于敏感性儲層，壓裂過程中易受到外來流體影響，造成孔喉堵塞，對地層造成二次傷害[6]。注入壓裂液一段時間后，由于破膠水化后流體濾失，導(dǎo)致濾液進(jìn)入儲層裂縫孔隙，與儲層巖體及其中的流體發(fā)生反應(yīng)，造成儲層傷害，甚至于裂縫堵塞或者關(guān)閉[7-8]。因此有必要開展適合敏感低溫儲層的新型壓裂液體系研究，滿足該類儲層壓裂要求。

本文通過物性實(shí)驗(yàn)來確定儲層特性，形成儲層特征認(rèn)識。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定壓裂液體系優(yōu)選實(shí)驗(yàn)。選用稠化劑、助排劑和防膨劑等處理劑的優(yōu)化結(jié)合，以減少壓裂液對地層傷害、提高返排效果為目標(biāo)。研究了一套適合于目標(biāo)儲層的低傷害壓裂液體系。通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對其性能進(jìn)行評價，為增產(chǎn)改造提供更好的工藝方案。

1.儲層特性

目標(biāo)地區(qū)儲層為灰色油斑粉砂巖，儲層泥質(zhì)含量在26.34%～37.8%之間，泥質(zhì)含量較高。通過X衍射實(shí)驗(yàn)表明，儲層粘土含量較高為13%～20%，伊蒙混層為主要粘土礦物（80%～84%）。同時通過五敏實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證壓裂液對儲層的影響，其中水敏性為中等偏弱，平均值為40.9%，速敏中等偏弱，儲層鹽敏、堿敏和酸敏損害低近似于無。該儲層屬于敏感性儲層，壓裂液優(yōu)選過程中需要注意儲層受壓裂流體及流速影響情況。

力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中試件表現(xiàn)為低楊氏模量（2.05GPa～10.04GPa），低泊松比（0.16～0.3），不利于壓裂過程中裂縫的形成和保持。同時由于該儲層物性較差，孔隙度（6.3%～13%）和滲透率（0.381～7.02×10-3μm2）較低，屬于致密油藏，孔隙喉道細(xì)小，易受到孔隙中的粘土礦物影響堵塞喉道，不利于壓裂返排。因此該儲層對于壓裂液的選擇要求較高，而常規(guī)壓裂液易造成水相圈閉傷害，不利于增產(chǎn)壓裂。油田研究人員為解決這一問題，同時達(dá)到增產(chǎn)改造的目的，進(jìn)行了適用于低溫儲層、殘?jiān)可?、對儲層傷害更低的低傷害壓裂液體系研究。

2.壓裂液體系優(yōu)化

根據(jù)該地區(qū)油田儲層泥質(zhì)含量高、水敏較強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際要求，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與研究，最終研制出適合該地區(qū)敏感性儲層的具有低材料用量、易操作、防膨效果好和低傷害的壓裂液體系。

(1)稠化劑優(yōu)選

低傷害壓裂液體系包括：稠化劑、助排劑、防膨劑等組分。其中稠化劑作為水基壓裂液的主體，起到提高壓裂液粘度、降低液體濾失、懸浮和攜帶支撐劑的作用。該地區(qū)采用的水平井壓裂法，壓裂過程中對壓裂液需求較大，傳統(tǒng)的水基壓裂使用的瓜爾膠配液速度慢，溶脹時間長達(dá)4個小時，造成設(shè)備和工時浪費(fèi)；質(zhì)量難以保障，溶脹過程中可能產(chǎn)生魚眼和硬皮，造成環(huán)境污染和地層傷害；同時不易控制瓜膠黏度，難以達(dá)到根據(jù)現(xiàn)場需要調(diào)整黏度的要求；這些缺點(diǎn)將導(dǎo)致壓裂施工效率低下，壓裂液浪費(fèi)以及成本上升。

與傳統(tǒng)瓜膠不同的是低濃度速溶瓜膠稠化劑具有配液時間短、成本低、對儲層滲透率傷害低等優(yōu)點(diǎn)，因此選用速溶瓜膠作為稠化劑。為驗(yàn)證速溶瓜膠（SRG-2）的使用效果，在燒杯中加入100mL蒸餾水，啟動攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速至500r/min，緩慢加入0.3gSRG-2到燒杯中，持續(xù)攪拌直到混合液挑掛后靜置，并測定0.3%濃度下的黏溫曲線。結(jié)果如圖1所示，在溫度為70℃條件下，SRG-2在35min后黏度穩(wěn)定在150MPa·s左右，其穩(wěn)定時間短，性質(zhì)較為穩(wěn)定。

圖1 0.3%濃度SRG-2黏溫曲線

(2)助排劑優(yōu)選

壓裂液體系中加入的助排劑鋪展性越好，表明助排劑表面、界面性能越佳，能夠更好的降低體系的表面張力和油水界面張力，壓裂后返排效果越好[9]。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5755-1995《壓裂酸化用助排劑性能評價中的實(shí)驗(yàn)方法》，選用預(yù)處理后的巖芯，使用表界面張力儀對不同助排劑溶液的表面-界面張力進(jìn)行測定，三種助排劑濃度都為0.3%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。常用助排劑SL-P和SD-20與微乳液助排劑ME-2相比，ME-2表界面張力較低，可以與巖石形成中性潤濕，助排效果與優(yōu)于其他產(chǎn)品。因此，選用ME-2作為低傷害壓裂液體系的助排劑。

表1 助排劑優(yōu)選實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(3)防膨劑優(yōu)選

該地區(qū)儲層中黏土礦物的含量較高，以伊蒙混層為主，導(dǎo)致儲層水敏性較高（40.9%）。為解決地層傷害需要壓裂液具有高效的防膨率，可以抑制儲層中的泥質(zhì)膨脹運(yùn)移，減少壓裂損傷。為對不同防膨劑做出正確評價，使用油氣儲層砂巖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。對比水、FP-2和高效防膨劑GF-1可以發(fā)現(xiàn)，GF-1巖芯損失率相對較低，更適合目標(biāo)儲層。

表2 不同防膨劑的巖芯損失率

根據(jù)這一結(jié)果進(jìn)行防膨?qū)嶒?yàn)，以目標(biāo)儲層巖芯使用離心法進(jìn)行室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，將試管中的GF-1防膨劑濃度設(shè)置為0%、0.5%、1.0%和2.0%，實(shí)驗(yàn)如圖2所示。GF-1防膨劑防膨效果隨濃度增加而呈現(xiàn)增加的趨勢，且在濃度為0.5%時已經(jīng)達(dá)到了83%（1.0%濃度防膨率86%，2.0%濃度防膨率92%），考慮到經(jīng)濟(jì)效益，選用0.5%濃度GF-1作為低傷害壓裂液體系的防膨劑。針對該儲層的儲層特性，進(jìn)一步降低儲層的水敏傷害，可以采用復(fù)合防膨技術(shù)，優(yōu)化防膨劑的組合比例。在防膨劑中添加不同濃度的KCl進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表3），確定復(fù)合防膨配方為0.5%防膨劑+1%KCl。

圖2 防膨劑優(yōu)選室內(nèi)實(shí)驗(yàn)圖

表3 不同配比防膨劑的復(fù)合防膨效果

(4)破膠實(shí)驗(yàn)

油氣儲層溫度為60℃-70℃，屬低溫儲層，為消除由于儲層溫度造成常規(guī)壓裂液破膠困難的問題，需要優(yōu)化壓裂液破膠配方。壓裂施工中常用過硫酸銨作為破膠劑，根據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5107-2005《水基壓裂液性能評價方法》，進(jìn)行靜態(tài)破膠實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)置為60℃，記錄不同過硫酸銨加量條件下，破膠液黏度達(dá)到6MPa·s所需要的時間，以此考察壓裂液體系的破膠性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。0.15%過硫酸銨加入0.1%低溫破膠激活劑時所需要的破膠時間最短，但是0.1%過硫酸銨條件下破膠激活劑作用更大，因此綜合經(jīng)濟(jì)效益及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選用0.1%過硫酸銨+0.1%低溫破膠激活劑。通過以上實(shí)驗(yàn)，確定了適合該地區(qū)的壓裂液配方具體為：0.3%SRG-2瓜膠稠化劑+0.3%ME-2助排劑+0.5%GF-1防膨劑+0.02%Na2CO3pH調(diào)節(jié)劑+1%KCl以及0.1%過硫酸銨和0.1%破膠激活劑，同時加入0.4%TB-1有機(jī)硼交聯(lián)劑，保證壓裂液的粘彈性和懸砂性能。

表4 破膠劑使用效果

3.壓裂液性能測試

儲層滲透率的損害會影響壓裂施工效果，同時優(yōu)選出的稠化劑、防膨劑和助排劑的交聯(lián)使用效果需要進(jìn)一步研究，防止壓裂液使用效果不能達(dá)到預(yù)期，因此需要對優(yōu)選的壓裂液配方進(jìn)行性能測試。因此采用目標(biāo)儲層巖芯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理為：使用尺寸為25mm×50mm試件，巖芯按照SY/T 5336-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行洗油、徹底清洗和烘干后使用煤油作為流動介質(zhì)進(jìn)行驅(qū)替，實(shí)驗(yàn)過程中溫度設(shè)置為70℃，完成驅(qū)替后測定其滲透率；滲透率測試完成后將配置好的壓裂液裝入高壓容器，加壓使壓裂液進(jìn)入巖芯，同時記錄流出濾液的時間和體積，測定時間為36min，停止加入壓裂液后，保持試件在壓裂液完全充入的狀態(tài)2h，使之與壓裂液完全反應(yīng)；結(jié)束后再次使用煤油進(jìn)行驅(qū)替，并測定滲透率，損害前后兩滲透率的差值與損害前滲透率的比值即為巖芯傷害率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5，巖芯損害率平均值為21.25%，對儲層傷害較小，具有低傷害的特點(diǎn)，達(dá)到了較為良好的保護(hù)效果。

表5 巖心傷害實(shí)驗(yàn)

4.現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)

低傷害壓裂液體系在目標(biāo)地區(qū)砂巖油氣儲層進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，壓裂施工段垂深1922.20m～1941.70m，有效孔隙度為6.7%，滲透率為5.85×10-3μm2，地層溫度為60℃～70℃，采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究確定的壓裂液體系，支撐劑為600μm～300μm（45.0m3）+50μm～425μm（15.0m3）高強(qiáng)度陶粒，設(shè)計(jì)施工排量為8m3/min，壓裂液設(shè)計(jì)量為1030m3，加砂比為3%～45%。施工過程順利平穩(wěn)，壓裂后產(chǎn)油情況如圖3所示，試油期間平均日油3.72t，累計(jì)排水210.4m3，累油68.46t。與壓裂液優(yōu)化前（0.23t/d）相比，產(chǎn)量提高了16倍，說明優(yōu)化后的低傷害壓裂液體系滿足現(xiàn)場壓裂施工的要求。

圖3 壓后排液與生產(chǎn)曲線圖

5.結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)表明儲層粘土礦物以水敏性的伊蒙間層為主，占粘土含量的57%-84%，具有中等偏強(qiáng)的水敏性和中等偏弱的速敏，其它敏感性無或者弱。巖心實(shí)驗(yàn)表明儲層楊氏模量小，巖心膠結(jié)疏松，表現(xiàn)出強(qiáng)塑性的特點(diǎn)，不利于壓裂。

（2）優(yōu)化后的低濃度胍膠壓裂液體系對巖心的傷害率為21%，雖然滿足壓裂生產(chǎn)需要，但還可以進(jìn)一步研究，降低巖芯傷害率。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果較好，壓裂過程順利，能夠滿足砂巖油氣井低傷害和高效生產(chǎn)的要求，從而達(dá)到增產(chǎn)改造的目的。